Полярная обсерватория имени Эрнста Кренкеля на Земле Франца-Иосифа. Для таких объектов автономные энергетические установки на основе ТОТЭ — жизненная необходимость.
Автономные энергоустановки на твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ, англ. Solid Oxide Fuel Cell — SOFC), которые рассматриваются как перспективный источник энергии для удаленных районов Крайнего Севера, могут стать значительно долговечнее. Исследователи Южно-Российского государственного политехнического университета имени Платова разработали технологию нанесения защитных покрытий, позволяющую увеличить срок службы одной из наиболее уязвимых деталей таких систем — токовых коллекторов из нержавеющей стали.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда. Его результаты опубликованы в журнале Ceramics International.
Защитное покрытие за один этап
ТОТЭ способны работать на самых разных видах топлива — природном газе, пропан-бутане, дизельном топливе, бензине и даже неочищенном водороде. Благодаря этому их можно использовать как автономные источники энергии для домов и промышленных объектов, а также при освоении нефтегазовых месторождений и развитии трубопроводной инфраструктуры. Однако срок эксплуатации установок ограничивается быстрым разрушением токовых коллекторов.
Российские ученые предложили наносить на эти элементы защитные покрытия на основе кобальт-марганцевой шпинели. Для их получения используются доступные соединения кобальта и марганца без применения драгоценных и редкоземельных металлов. Главная особенность разработки — одностадийный электрохимический синтез, позволяющий сформировать покрытие нужного состава всего за 40–50 минут. Существующие зарубежные технологии обычно требуют нескольких этапов нанесения и последующего высокотемпературного обжига.
а схеме изображен принцип работы твердооксидного топливного элемента (ТОТЭ / SOFC) — электрохимического устройства, которое напрямую преобразует химическую энергию топлива в электричество.Более ста дней испытаний
Разработанные покрытия прошли длительные испытания в Институте физики твердого тела имени Осипьяна РАН. Их тестировали в условиях, максимально приближенных к работе твердооксидных топливных элементов: при высокой рабочей температуре, под электрической нагрузкой, в воздушной атмосфере и в контакте с материалом катода. Испытания продолжались более 2500 часов — свыше ста суток.
Рентгенофазовый анализ подтвердил успешное формирование защитной шпинели. Специалисты Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта выполнили бесконтактную 3D-профилометрию поверхности, что позволило установить, как микрорельеф стальной основы влияет на закрепление покрытия и его долговечность в экстремальных условиях эксплуатации.
С помощью методов бесконтактной профилометрии мы изучили, как микрорельеф стальной подложки влияет на закрепление защитных шпинелей. Эти данные легли в основу оптимизации электрохимического синтеза, проводимого в ЮРГПУ, и позволили гарантировать долговечность защитных слоев в экстремальных условиях работы топливных элементов.Иван Лятун
Твердооксидные топливные элементы считаются одной из самых эффективных технологий электрохимического преобразования энергии: их электрический КПД может превышать 60%, а в составе когенерационных установок общий КПД достигает 80–90%.
Одной из главных причин деградации ТОТЭ считается разрушение металлических интерконнектов и перенос соединений хрома к катоду. Именно поэтому разработка долговечных защитных покрытий является одним из ключевых направлений исследований в сфере автономной энергетики.
На изображении представлена полярная станция, расположенная на мысе Челюскин, который является самой северной материковой точкой России и Евразии.Мыс находится на полуострове Таймыр в Красноярском крае и омывается водами пролива Вилькицкого.Данное место было открыто в 1742 году экспедицией под руководством штурмана Семёна Челюскина.Здесь также расположен самый северный аэродром континентальной Евразии, обслуживающий эту метеорологическую станцию.Альтернативные автономные источники «зеленой» энергии не могут полноценно заменить ТОТЭ. Солнечные панели бесполезны полярной ночью, а достаточно мощные ветрогенераторы дороги, сложны в доставке и монтаже в условиях многолетней мерзлоты.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
